SU1218410A1 - Устройство дл счета движущихс объектов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сред- ствам учета объектов, движущихс  в полупровод щих и водных средах. Устройство помимо подсчета числа объектов обеспечивает измерение скорости их движени  в зоне контрол  датчиков 5 и 6. Датчики выполнены в виде системы электродов и управл ютс  импульсами, поступаюгцими с генератора 1 импульсов через регистр 2 сдвига и преобразователи 3 и 4 напр жени  в ток. Обработка сигналов с датчиков обеспечиваетс  двум  каналами контрол . Каждый канал выполнен из последовательно соединенных усилител , блока умножени , фильтра низких частот, делител  напр жени , дифференцирующего элемента и компаратора . Несовпадение выходных импульсов каналов контрол  отражает нали- чие предмета в зоне контрол  датчиков . Элемент 19 неравнозначности формирует импульс длительностью, равной времени прохождени ; объектом за- . данного отрезка пути. Указанное врем  формируетс  путем интегрировани  сигнала с генератора 21 тока через ключ 22 в интеграторе 23. Преобразование времени движени  в скорость осуществл етс  преобразователем 24 напр жени  в частоту. Полученное значение скорости отражаетс  индикатором 25. 3 ил. I (Л с ю 00 4

Description

1

Изобретение относитс - к средства неразрушающего контрол , основанных на использовании свойств физических полей, в частности к электронно-сче но-регистрирующим устройствам, устройствам измерени  скорости движени  и может быть использовано с преимуществом в полупровод щих и водных средах дл  контрол  движущихс  объектов живой и неживой природы.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей устройства, путем измерени  скорости объектов.

На фиг,1 показана функциональна  схема устройства (пунктиром выделены первый и второй каналы контрол  ; на фиг,2 и 3 - эпюры напр жений на выходах элементов схемы.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, регистр 2 сдвига, первый и второй преобразователи 3 и 4 напр жени  в ток, первый и второй датчики 5 и 6, первый и второй усилители 7 и 8, первый и второй блоки 9 и 10 умножени , первый и второй фильтры Пи 12 нижних частот, первый и второй делители 13 и 14 напр жени , первый и второй дифференцирующие элементы 15 и 16, первый и второй компараторы 17 и 18, элемент 19 неравнозначности, регистратор 20, генератор 21 тока, ключ 22, интегратор 23, преобразователь 24 напр жени  в частоту, индикатор 25.

Элементы 3,5,7,9,1 1 ,13, 15 и 17 относ тс  к первому каналу контрол  а элементы 4,6,8,10,12,14,16 и 18 - ко второму каналу контрол .

Электроды первого и второго датчиков 5 и 6, вьтолненные в виде провод щих стержней, могут быть одинаковой длины и сгруппированы по парам. Если в верпшнах плоского пр моугольника восстановить перпендикул ры к плоскости, то перпендикул рам соответствует расположение двух пар прот женных электродов в пространстве, причем меньшей стороне пр моугольника соответствует рассто ние между парами электродов, которое выбираетс  из услови  менее 20-й части длины объекта. Больша  сторона пр моугольника определ ет рассто ние между электродами в каждой из пар. Это рассто ние выбираетс , с одной стороны , чтобы между электродами прошел объект, с другой, чтобы выполн лось условие образовани  квазис4101

татического плоскопараллельного пол  между электродами в каждой паре при подаче на них переменного напр жени , рассто ние между электродами в

J каждой паре должно быть значительно меньше длины волны сигнала, имеющего наибольшую из частот.

Генератор I служит дл  создани  импульсного напр жени  пр моугольO ной формы. Может быть использован стандартный генератор, например, дл  счета объектов в воде - низкочастотный генератор, либо мультивибратор , выполненный на микросхемах.

5 Нижн   частота импульсного сигнала

генератора должна быть в два-три ра- за выше максимально возможной, радиальной скорости прохождени  объектом промежутка между электродами, а верхQ    частота определ етс  услови ми затухани  сигнала в донной среде. На пример, дл  соленой воды рекомендуютс  частоты следовани  импульсов 5-10 кГц при использовании системы

5 Д11Я К9нтрол  движущихс  рыб.

Регистр 2 сдвига предназначен дл  обеспечени  поочередной выдачи пр моугольных импульсов в первый и второй каналы контрол  с первых выходов так, чтобы эти импульсы не перекрывались во врем  процесса измерени  на электродах датчиков 5 и 6. На вторых выходах регистра 2 сдвига формируютс  импульсы, ортогональные к импульсам первых выходов, т.е.

регистр сдвига обеспечивает формирование четырех ортогональных между собой импульсных сигналов, что позвол ет разв зать по электрическому полю токов измерительные каналы на парах электродов датчиков 5 и 6 и обеспечить нормальную работу блоков 9 и 10, работающих в аналоговой форме . Ортогональность сигналов может быть получена, например, путем смещени  соответствующих импульсов на 1/2 такта.

Преобразователи 3 и 4 напр жени  в ток предназначены дн  обеспечени  большого выходного сопротивлени ,

0 что обеспечивает повьш1енную чувствительность системы по напр жению к колебани м нагрузки на электродах датчиков 5 и 6 в соответствующих каналах . Преобразователи 3 и 4 напр же5 ни  в ток могут быть выполнены на операционных усилител х.

Пары электродов датчиков 5 и 6 служат дл  создани  в зоне контрол 

5

двух квазистатических плоскопараллельных полей на пути прохождени  объектов. К каждой паре электродов, лежащих в одной плоскости, можно условно восстановить к плоскости ось симметрии. Оптимальную пространственную ориентацию и расположение электродов можно представить следующим образом. К каждой паре параллельных электродов, лежащих в одной плоскости , можно восстановить перпендикул рно к плоскости ось симметрии. В пространстве оси симметрии обеих пар электродов совпадают и ориентированы по направлению движени  объектов, а сами электроды должны быть строго параллельны друг другу также между парами . Такое расположение электродных пар можно определить как установление пар электродов в пространстве параллельно и соосно. В качестве электродов могут быть использованы провода, трубы, прот женные пластины с произвольным изгибом по своей длине .

Усилители 7 и 8 предназначены дл  усилени  сигналов по напр жению, возникающих на электродах датчиков 5 и 6, например, при прохождении объекга между электродами каждой пары.

Блоки 9 и 10 умножени  используютс  дл  вьщелени  информационного сигнала, возникающего в случае изменени  импеданса между электродами за счет проход щего объекта.

Фильтры 11 и 12 нижних частот служат дл  выделени  и формировани  низкочастотных информационных сигналов . Посто нна  времени фильтров выбираетс , например, такой, чтобы усреднить величины импульсных напр жений , поступающих с соответствующих выходов перемножителей, т.е. чтобы преобразовать импульсные ин формационные сигналы в непрерывный сигнал. Фильры 11 и 12 нижних частот могут быть, например, фильтрами Чебьшева 6-го пор дка с неравномер- ностью в полосе пропускани  3 дБ,

Делители 13 и 14 напр жени  предназначены дл  регулировки амплитуд сигналов в каналах контрол  так, например, чтобы сигналы, поступающие с выходов фильтров нижних часто бьти одинаковы по амплитуде в обоих каналах. В качестве делителей 13 и 14 могут быть использованы неинвертирующие усилители с регулируемым

коэффициентом усилени  либо стандартные резисторные потенциометры. Дифференцирующие элементы 15 и 16 формируют сигналы, представл ющие собой производную от функции изменени  проводимости между парами электродов датчиков 5 и 6, Выбором посто нной времени дифференцировани  можно добитьс  значительного ослаблени  помеховых сигналов с верхней граничной частотой 0,1 Гц, обусловленных случайными флуктуаци ми проводимости среды. Посто нна  времени дифференцирующих элементов долж5 на быть пор дка времени прохождени  объекта между парами электродов датчиков 5 и 6. В качестве дифференцирующих элементов 15 и 16 могут быть использованы дифференциаторы

Q на базе операционного усилител .

Компараторы 17 и 18 предназначены дл  формировани  сигнала посто нной амплитуды, знак которого определ етс  знаком фазы продифференци5 рованного низкочастотного информационного сигнала.

Элемент 19 неравнозначности формирует сигнал посто нной амплитуды, длительность которого равна временной задержке низкочастотного информационного сигнала одного измерительного канала по отнощению к сигналу второго канала. Временна  задержка представл ет собой врем  прохождени  движущимс  объектом фиксирован5 ного рассто ни  между датчиками 5 и 6, поэтому скорость объекта будет обратно пропорциональна временной задержке, т.е. элемент 19 формирует импульс пр моугольной формы, длитель0 ность которого обратно пропорциональна скорости движени  объекта.

Регистратор 20 предназначен дл  индикации результата счета импульсов, поступающих с выхода элемента 19. В

5 качестве регистратора может быть использован стандартный прибор, позвол ющий осуществл ть счет импульсов положительной и отрицательной пол рности .

0 Генератор 21 тока предназначен дл  стабилизации тока зар да.емкости интегратора 23, что приводит к увеличению точности интегрировани . Генератор 21 может быть выполнен

5 на базе операционного усилител .

Ключ 22 служит дл  подачи сигнала генератора тока на вход интегратора 23 на врем , равное дпитель0

ности импульса с выхода элемента 19. Непосредственное интегрирование сигнала с выхода элемента 19 недопустимо в силу большой погрешности интегрировани , обусловленной ненулевым уровнем логического нул  элемента 19

Интегратор 23 предназначен дл  интегрировани  высокостабильного токового сигнала с выхода генератора 21 в течение времени, равного длительности импульса с выхода элемента 19, Амплитудное значение проинтегрированного напр жени  обратно пропорционально абсолютной величине скорости движени  объекта. Интегратор 23 может быть выполнен на основе операционного усилител .

Преобразователь 24 напр жени  в частоту предназначен дл  линейного преобразовани  напр жени  с выхода интегратора 23 последовательностью импульсов с частотой следовани , пропорциональной его амплитудному значению . Величина периода следовани  импульсов будет пр мо пропорциональна скорости движущихс  объектов.

Индикатор 25 предназначен дл  индикации результата измерени  скорости движущихс  объектов. В качестве индикатора может быть использован стандартный частотомер, позвол ющий измер ть длительность периода следовани  импульсов.

Устройство работает следующим образом .

Генератор 1 вырабатьтает, например , пр моугольные, разнопол рные симметричные импульсные сигналы, которые поступают на регистр 2 сдвига. Регистр 2 сдвига формирует ортогональные между собой соответствующие импульсные напр жени  U, , U Uj, Uj , представленные на эпюрах а, S В, г (фиг,2). Причем импульсы U, поступающие в первый канал, и импульсы U-, поступающие во второй канал, раз несены во времени относительно друг друга на половину периода (фиг,2, эпюры а,Ь), а импульсное напр жение фиг.2 , эпюры &, г) сдвинуто, например , по времени на половину такта относительно соответствующих импульсов . Напр жение U( преобразуетс  в импульсы тока преобразователем 3 напр жени  в ток, а напр жение Ug преобразуетс  в импульсы тока соответствующим преобразователем 4, С выхода преобразователей 3 и 4 на10

пр жени  поступают на соответствующие пары электродов датчиков 5 и 6 и на входы усилителей 7 и 8 (фиг.1). В силу относительно малого сопротивлени  между электродами, например в воде 100-10000 Ом; по отношению к очень большому сопротивлению генератора тока -10 - 10 Ом, при про- хо одении объекта между электродами

15

0

измен ютс  межэлектродные проводимости , что приводит к модул ции импульсов тока по амплитуде напр жени  и фазе в каналах контрол .

При этом между электродами в каждом датчике 5 и 6 попеременно во времени образуютс  параллельные пол  шторы, которые (в силу параллельности и прот женности электродных ,пар близко расположены друг к другу , В силу близости источников fэлектродных пар) оба электрических пол  практически перекрывают одну и ту же контролируемую область. В ре- зультате токи, протекающие в каждой электродной паре, практически равны друг другу (при отсутствии объектов) аналогично равны их фазы. Разность потенциалов, образующа с  на электродных парах датчиков 5 и 6, усиливаетс  соответственно на усилител х 7 и 8 и преобразуетс  по спектру в блоках 9 и 10, которые работают в режиме смесител , так что, например , при условии невли ни  межэлектродной проводимости электродных пар датчикоц 5 и 6 импульсы напр жений и и и, приход щие на входы блсжа 9, будут одинаковы по форме и ортогональны между-собой (фиг.2 эпюры а, 6). При этом на выходе блока 9 формируютс  разнопол рные осесим- метричные импульсы фиг.2, эпюра ) . В случае вли ние межэлектродной проводимости осева  симметри  по форме и фазовому сигналу на выходе блока 9, например, может принимать вид, показанный на фиг.2, эпюра 6 . Импульсные напр жени  с выходов блоков 9 и 10 поступают на входы соответствующих фильтров 11 и 12 нижних частот, которые усредн ют по амплитуде импульсные сигналы. Например, напр жение ocёdиммeтpичныx импульсов на выходе блоков 9 и 10 (фиг.2, эпюра ч после фильтра нижних частот принимает, нулевое значение, а напр жение несимметричных импульсов преобразуетс  в соответствующий уровень

5

7

посто нного напр жени  /фиг.2, эшо- ра ж) .

При nocneflOBarejibHOM прохождении например, электропривод щим объектом плоскопараллельных полей ме щу электродами в каждом датчике (направление движени  объекта показано стрелкой на фиг.I) амплитуды и фазы напр жений соответствующих электродных пар будут измен тьс . В соответствии с изменением сигналов на электродах на выходах соответствующих измерительных каналов, рассредоточенных в пространстве на некоторое фиксированное рассто ние и х, формируютс  сигналы об объектах. На эпюре q фиг.З показаны сигналы, пропорциональные изменению напр жений сперва на паре электродов датчика 6 /крива  2) и затем на паре электродов датчика 5 (крива  1). Очевидно , что временна  задержка ftt изменени  проводимос ти в одном канале по отношению к изменению проводимости в другом канапе будет зависеть от скорости объекта V следующим образом.

it

Лх

)

АХ

таким образом V

)it

, где Л x const

и Vrt- -т-, т.е. скорость объекта обрат I

но пропорциональна временной задержке ь t информационных сигналов между каналами. Временную задержку и t (фиг.З, эпюра q проще всего определить между максимальньми значени ми информационных сигналов, что и реализуетс  в данном устройстве. Дифференцирующие элементы 15 и 16 и компараторы 17 и 18 позвол ют определить точное положение максимумов информационных сигналов в каждом канале по моменту прохождени  производной информационного сигнала че- рез нулевое значение (фиг.З, эпюры Sifej-Z, Q) . Длительность импульса с выхода элемента 19 равна временной задержке & t (фиг.3, эпюра 6 ) между максимумами информационных сигналов каналов и обратно пропорциональна скорости движени  объекта. Прецизионное интегрирование сигнала посто нной -амплитуды длительностью it достигаетс  применением генератора 21 тока, ключа 22, интеграто- ра 23. Ключ 22 на врем  At подключает выход генератора 21 тока к входу интегратора 23. Амплитуда сигна10

ла на выходе интегратора обратно пропорциональна скорости движени  объекта, причем без учета направлени  его движени  и его относительной электропроводности, т.е. обратно пропорциональна абсолютной величине скорости движени  (фиг.З, эпюра ж). Дл  установлени  пр мо пропорциональной зависимости между скоростью движени  V и соответствующему ей регистрируемому параметру предназначен преобразователь 24 напр жени  в частоту. В качестве такого параметра служит длительность

периода генерируемых выходных импульсов преобразовател  24, длительность периода которых пропорциональна скорости движени  объекта. Измен   частотный диапазон генерируемых импульсов с помощью частотно-задающих элементов в преобразователе 24 можно установить взаимооднозначное соответствие между скоростью движущихс  объектов и длительностью периода следовани  выходных импульсов. Величина скорости движени  объекта, т.е. величина длительности периода импульсов с выхода преобразовател  24 индицируетс  на индикаторе 25, а счет объектов осуществл етс  регистратором 20.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  счета движущихс  объектов, содержащее генератор импульсов , выход которого соединен с входом регистра сдвига, регистратор первый и второй каналы контрол ,

   каждый из которых выполнен из последовательно соединенных преобразовател  напр жени  в ток, датчика, усилител , блока умножени , фильтра нижних частот и делител  напр жени , первые выходы регистра сдвига соединены с входами преобразователей напр жени  в ток каналов контрол , вторые выходы регистра сдвига подключены к вторым входам блоков ум- :ножени  каналов контрол , о т л к -

   чающеес  тем, что, с целью

   расщирени  функциональных врзможностей устройства путем измерени 

   скорости объектов, в него введены

   генератор тока, ключ, интегратор,

   преобразователь напр жени  в частоту , индикатор и элемент неравнозначности , в каждый канал контрол  введены дифференцирующий элемент

   91

   и компаратор, в калздом канапе контрол  выход делител  напр жени  через дифференцирующий элемент соединен с входом компаратора, выходы ком параторов каналов контрол  подключены к входам элемента неравнозначности , выход которого соединен с

   21841010

   входом регистратора и с управл ющим входом ключа, выход которого через последовательно соединенные интегратор и преобразователь напр жени  в 5 частоту соединен с входом индикатора , выход генератора тока подключен к информационному входу ключа.